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RESUMEN: EL NUEVOESPAÑA- OPERATIVO SOLAR FOTOVOLTAIINTEGRACIÓN ARQUIADEMÁS BAJO CRITER(84000WP) Y A LA ACOMBINADOS EN UN EESPAÑA REALIZADO PROYECTO SE REALIZHECHO COBRA ESPECI

Palabras clave: energía so INTRODUCCION Las nuevas instalaciones operativas a mediados de planta fabril, almacenes, zcuenta con una instalacióarquitectónica, algunas deemanación de CO2 de 75,7

El edificio cuenta ademáconsumo energético de clmuros cortina de doble humidificador y finalmentverano.

El Departamento Técnicoarquitectónica del edificiobioclimatismo del edificio.

DESCRIPCIÓN DE LOS El proyecto de instalación 1.- Fachadas del edificio,

Tema _ - ___________________________.

ÓN ARQUITECTONICA DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLAR EN NUEVA ICA DE PANELES SOLARES ISOFOTON. MÁLAGA, ESPAÑA”

Ismael Eyras, Fernando Arribas, Jerónimo Vega, Oscar Perpiñán, Ramón Eyras

to. Técnico ISOFOTON, S.A. C/ Montalbán 9, 1º Dcha. 28014 Madrid, España el: +34-91 531 26 25, Fax: +34 91 531 10 07, e-mail: r.eyras@isofoton.com

EDIFICIO DE OFICINAS ADMINISTRATIVAS Y TÉCNICAS DE LA FÁBRICA ISOFOTÓN DESDE MEDIADOS DE 2005- CUENTA CON DIVERSAS INSTALACIONES DE ENERGÍA CA Y TÉRMICA, INCORPORADAS MEDIANTE 5 DIFERENTES FORMAS DE TECTÓNICA DE ALTA TECNOLOGÍA. LA CONSTRUCCIÓN SE HA REALIZADO IOS DE BIOCLIMATISMO. DEBIDO A LA GRAN POTENCIA ELÉCTRICA INSTALADA PLICACIÓN DE ESTOS SISTEMAS DE AHORRO Y PRODUCCIÓN DE ENERGÍA DIFICIO DE GRAN ENVERGADURA, SE HA CONVERTIDO EN EL MAYOR EDIFICIO EN HASTA LA FECHA BAJO ESTAS PREMISAS. TENIENDO EN CUENTA QUE EL

A PARA UNA EMPRESA DEDICADA EXCLUSIVAMENTE A LA ENERGÍA SOLAR, ESTE AL SIGNIFICADO.

lar, arquitectura, tecnología, integración, bioclimatismo.

de Isofotón en el Parque Tecnológico de Andalucía (P.T.A.) España, han comenzado a ser 2.005. Dentro del complejo fabril que actualmente se está finalizando de construir -una nueva onas de I+D, etc.- se encuentra el edificio destinado a albergar las oficinas de la fábrica, el cual n de energía solar fotovoltaica y térmica, incorporando 5 diferentes soluciones de integración ellas totalmente novedosas hasta ese momento. La generación total de la energía solar evita una 3 toneladas (Tm) y 212 SOX (kg).

s con distintos dispositivos o recursos propios de la arquitectura bioclimática, que reducen el imatización del edificio: Parasoles sobre las fachadas asoleadas, fachadas exteriores ventiladas, acristalamiento, un patio - claustro central, que actúa como regulador o buffer climático y e una cubierta acristalada que atenúa los efectos del sol en las horas cercanas al cenit y durante el

de Isofotón ha sido el encargado del diseño y construcción de la instalación e integración , colaborando a su vez con el estudio de arquitectura con los aspectos de ahorro energético y

Figura 1: Imagen del edificio de oficinas de la planta fabril ISOFOTON. Etapa de anteproyecto. (Imagen arq. J. Vega)

ASPECTOS ENERGÉTICOS DEL PROYECTO

de la energía solar e integración podría dividirse en dos grandes áreas:

donde se emplean tres tipos distintos de integración arquitectónica:

o Fachadas ventiladas cerámicas fotovoltaicas

Las cuatro caras exteriores del edificio se recubren de baldosas cerámicas de gran formato, mediante un sistema de rastreles o rieles, conformando una fachada ventilada. La principal mejora del cerramiento de fachadas consiste en una cámara de aire separada por dos hojas, una interior y otra exterior, en la que se instala un aislante térmico. Una fachada ventilada acentúa esta condición mediante una estructura de separación, que garantiza una ventilación continuada por convección natural a lo largo de toda la superficie de la fachada, lo que ofrece importantes mejoras en protección térmica, estanqueidad y estabilidad. Las caras sur (sureste y suroeste), se han completado con módulos de soporte cerámico denominados I-50 CER, consistentes en las mismas cerámicas a las que se adhieren especialmente el circuito de células fotovoltaicas y una capa protectiva superficial. La fachada ventilada en este caso permite la fácil instalación y eventuales reparaciones del cableado y de los paneles por su sistema de rieles y anclaje en seco. Figura 2

o Muros cortina acristalados fotovoltaicos Bajo el mismo concepto, las zonas acristaladas de las fachadas de orientación sur se cierran con muros cara interior esta compuesta por un cristal del tipo DVH (Doble Vidriado Hermético) y su cara exterior emódulos fotovoltaicos con tedlar transparente. En estos muros cortina se han dispuesto tres franjas horizontales. La franja central corresponde al área dparte de las carpinterías son practicables y cuentan con cristales transparentes, y las franjas icorrespondientes a antepechos y dinteles o capialzados donde se han dispuesto los paneles fotovoltaicos.evitan los problemas habituales de este tipo de fachadas acristaladas, como son el deslumbramiento por exy el consiguiente uso de cristales espejados o tintados, los cuales rechazan el excedente de radiación, qurechaza sino que se convierte en energía. Figura 3

Figurcortinconstfotovtranscantiubicade andinte

Figura 2: fachada suroeste durante la construcción. -Montaje de paneles cerámicos-

cortina dobles cuya stá conformada por

e visibilidad, donde nferior y superior, De esta manera se cesiva luminosidad

e en este caso no se

a3: muros a.- etapa de

rucción- Paneles oltaicos de tedlar parente y menor dad de ristras, dos en sectores tepechos y les o capialzados

o Parasoles fotovoltaicos En las fachadas sureste y suroeste se incorporó un parasol constituido por laminados fotovoltaicos de tedlar opalino montados sin marco. Estos cristales se disponen en voladizo -sujetados mediante grapas- sobre la franja central de visibilidad del muro cortina. Proporcionan el adecuado sombreado sobre los ventanales, limitando la entrada de radiación solar excesiva cercana al mediodía o en época de verano y permitiendo la entrada de los beneficiosos rayos solares de la mañana y durante la época invernal. Su ubicación en voladizo ha sido calculada también para evitar que las sombras de los mismos originen grandes sombras sobre los fotovoltaicos en el antepecho de los muros cortina. Estos laminados fueron especialmente diseñados para la oportunidad, con igual distancia entre células y ristras.-

Figura 4: Parasoles fotovoltaicos, llamados “Damero”.Desarrollo de diseño especial para esta construcción: Tedlar opalino, y equidistancia entre células y ristras.

2.- Cubierta del edificio y cubierta sobre patio interior, donde se ha acometido una doble instalación:

o Fotovoltaica.

Para cubrir el patio en su totalidad, empleando una solución de lucernario con paneles laminados de tedlar transparente de orientación Sur franco. El lucernario está constituido como un techado tipo diente de sierra. Actúa como un difusor y atenuador de la radiación solar, filtrando la incidencia directa de los rayos del sur y permitiendo la entrada de la luz reflejada y la luminosidad proveniente del norte. El patio interior del edificio, dotado de este dispositivo de captación de energía, y regulación lumínica se convierte en un verdadero espacio atenuador o “buffer” de regulación climática. Ventilaciones regulables en el lucernario y entradas de aire fresco orientadas hacia los lados sombreados del edificio, al mismo tiempo que humidificadores, generan efectos de chimenea solar y enfriamiento evaporativo directo lo cual reduce sensiblemente el consumo eléctrico por refrigeración, aún en los veranos de Málaga.

Figura 5: Vista del lucernario sobre el patio interior del edificio- Laminados PV al sur, pasarelas de servicio y cristales templados DVH transparentes al norte.

o Térmica. Sobre los forjados de cubierta, instalando dos tipologías distintas de colectores térmicos.

El sistema estará destinado a la preparación de agua caliente destinada a procesos industriales y a la refrigeración de sectores del edificio de oficinas, mediante máquina de absorción, utilizando captadores solares planos y de tubo de vacío. Todo el campo de captadores está situado en la cubierta del edificio de oficinas y el resto de componentes (depósitos, bombas, intercambiadores de calor, etc.) se ubica en una sala de máquinas situada en el edificio central de instalaciones de todo el complejo fabril. La máquina de absorción seleccionada es de la marca Yazaki de 35 Kw. Frigoríficos. Será empleada básicamente para investigación del uso de la Energía Solar Térmica en refrigeración: con agua caliente se alimenta el circuito generador de una máquina enfriadora por absorción. El frío que produzca es inyectado a la red centralizada, produciendo un cierto ahorro en el consumo de la instalación convencional. Se prevé un funcionamiento durante todo el año de la máquina de absorción ya que existen necesidades de frío incluso en los meses de invierno. Ello implica que este uso intensivo de la máquina favorezca la rentabilidad de la inversión a realizar.

El consumo de agua caliente sanitaria en el edificio se encuentra muy distribuido en las diferentes dependencias que forman la fábrica y no se cuenta con una instalación centralizada para su calentamiento, por lo cual se descartó esta aplicación. Sin embargo, el proceso industrial denominado “Líneas Húmedas” consume aproximadamente 27.000 litros de agua desionizada al día, a una temperatura de 80ºC durante prácticamente todos los días del año. La instalación utilizará captadores solares planos y de tubo de vacío. De esta forma, se pretende estudiar y comparar sus rendimientos, ventajas e inconvenientes en diferentes condiciones de uso.

Figura 6: Distribución de los captadores planos (gris claro) y los tubos de vacío (negro) en la azotea del edificio, - laterales del lucernario central.- ( Imagen arq. J. Vega)

Los parámetros funcionales básicos de los captadores son los siguientes:

Tipo: Tubo de vacío de flujo directo Fabricante: THERMOMAX Modelo: SOLAMAX Superficie útil: 3 m2

Factor de ganancia: 0,76 Factor de pérdidas: 1,8 W/m2ºC Cantidad instalada: 42

Tipo: Placa plana con tratamiento selectivoFabricante: ISOFOTON Modelo: ISONOX II Superficie útil: 1,9 m2

Factor de ganancia: 0,76 Factor de pérdidas: 4,5 W/m2ºC Cantidad instalada: 54

La superficie de captación total es 230 m2. Este valor se ha calculado a partir de los datos climatológicos, de los parámetros de los captadores y de las necesidades energéticas tanto en frío como en calor, teniendo en cuenta una máxima integración posible en la cubierta del edificio. Los captadores quedan fijamente orientados al Sur e inclinados 30º con respecto a la horizontal. La ubicación de los captadores está libre de sombras en las horas centrales del día, incluso en los meses de invierno, empleando el criterio de mantener el campo de captadores 4 horas libres de sombras en el día más desfavorable de año, es decir el 21 de diciembre. (solsticio de invierno). El sistema de acumulación solar de agua caliente industrial estará constituido por 2 acumuladores de 5.000 litros de capacidad, conectados en serie para favorecer la estratificación y mejorar el rendimiento de la instalación. El sistema de climatización mediante máquina de absorción empleara un depósito de 5.000 litros para favorecer su inercia térmica. Se prevé el uso de sistemas convencionales de energía auxiliar para asegurar el abastecimiento de la demanda en cualquier periodo de tiempo (típicamente periodos de baja radiación solar o de alto consumo).

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

1-CAMPO GENERADOR Aun dentro de las diferentes soluciones de integración arquitectónica establecidas, desde el punto de vista eléctrico, se pueden describir, a su vez, las diferentes instalaciones fotovoltaicas. Todos los módulos fotovoltaicos forman un campo generador que estará compuesto por 1.364 módulos, lo que supondrá una potencia aproximada de 84.08 kWp, y serán montados de 4 formas diferentes:

1. Fachada ventilada: 1.088 módulos I-50/12 cerámicos

2. Muro cortina: 120 módulos I-50/12 laminados semi transparentes

3. Parasol: 60 módulos I-94/12 laminados semi transparentes

4. Lucernario: 108 módulos I-165/12 laminados transparentes

En la siguiente tabla se muestran las cuatro topologías de instalación, su número de paneles, y su potencia pico.

PANELES FOTOVOLTAICOS

Fachada Total

Nº paneles conectados a red (*)

Wp/grupo de panelesZona MODULOS

Sureste Suroeste

Azotea

1364 1346 84080Cerámicos I-50 718 388 1106 1096 54800Muro Cortina I-94 60 60 120 120 11280Parasol I-50 30 30 30 1500Lucernario I-165 108 108 100 16500

(*) Por motivos técnicos no todos los paneles estarán conectados a red. Algunos de ellos sólo serán ornamentales. Los módulos del lucernario (azotea) tendrán la posibilidad de interconectarse de formas diferentes para permitir la posibilidad de conseguir un campo fotovoltaico con varias posibilidades de tensión e intensidad, y así servir como campo de pruebas para inversores de conexión a red de distintas potencias, autónomos, variadores para sistemas de bombeo, etc. estos módulos están instalados formando un lucernario con orientación Sur integrados junto al resto de paneles térmicos. (la orientación del edificio es de -63º respecto del Sureste, y 27º Suroeste.) La siguiente tabla resume las características específicas de los módulos utilizados:

Modelo I-165 I-94 I-50 I-50 Cer

Potencia (Wp) 165 94 50 50 Vnom (V) 12 12 12 12 Icc (A) 10,14 6,54 3,27 3,27 Voc (V) 21,6 19,8 21,6 21,4 Imax (A) 9,48 5,88 2,87 2,91 Vmax (V) 17,4 16 17,4 17,2 Dimensiones (mm) 1310x969 1208x654 1304x340 1000x500 Peso (kg) 16,5 11 5,5 14 Ns 36 33 36 36 Np 3 2 1 1 TONC (ºC) 47 47 47 47 Área (m2) 1,27 0,790032 0,44336 0,5 Tolerancia (%) 10 10 10 10

2- INVERSORES

La orientación de las oficinas, los diferentes tipos de módulos, diferentes tipologías de integración, y requerimientos constructivos hacen que no sea posible el uso de un solo inversor para todo el conjunto de la instalación. Por ello se ha optado por repartir los módulos en diferentes inversores. A continuación se presenta una tabla resumen de los diferentes inversores instalados.

INVERSORES No de Inversores P (W) por grupo de inversores y zona

Fachada Total Fachada Total /tipo Inv

Módulos Inversores

Sure

ste

Suro

este

Azotea

32

P (W) /Inversor

Sureste Suroeste

Azotea

70550SOLETE 2500 12 12 2500 30000 30000SUNNYBOY 850 1 1 850 850 850Cerámicos

SOLETE 2500 6 6 2500 15000 15000Muro Cortina SOLETE 2500 2 2 4 2500 5000 5000 10000Parasol SUNNYBOY1100 2 2 1100 2200 2200 2200Lucernario SOLETE 2500 5 5 2500 12500 12500

Nº inversores por tipo SUNNYBOY 850 1 SUNNYBOY1100 4 SOLETE 2500 27

De la misma forma la siguiente tabla muestra el reparto de los inversores en las diferentes ubicaciones así como el número de paneles por inversor.

Zona

Tipo

de

Mód

ulo

No

Pane

les/

Inve

rsor

Tipo

Inve

rsor

No

de In

vers

ores

Azotea I-165 Transparente 20 SOLETE 2500 5 I-94 Muro Cortina 30 SOLETE 2500 2

Fachada Este I-50 Parasol 15 SUNNYBOY1100 2

Fachada Oeste I-94 Muro Cortina 30 SOLETE 2500 2 I-50 Cerámico 30 I-50 Cerámico 30

SOLETE 2500 5

I-50 Cerámico 32 I-50 Cerámico 32

SOLETE 2500 1

I-50 Cerámico 20 SUNNYBOY 850 1 I-50 Cerámico 28 I-50 Cerámico 28

SOLETE 2500 5

I-50 Cerámico 24

Fachada Este

I-50 Cerámico 24 SOLETE 2500 1

I-50 Cerámico 32 Fachada Oeste I-50 Cerámico 32

SOLETE 2500 6

3- ENERGIA GENERADA La instalación tiene un carácter eminentemente demostrativo de las posibilidades de integración arquitectónica, pero a pesar de ello no deja de considerarse de importancia la aportación energética del sistema, además, de la relación entre kWh y kWp, las cantidades de emisiones que se dejan de emitir a la atmósfera y la prima económica que se percibe con la venta de la energía.

Zona

Energía total

generada (kWh)

Ratio de generación:

kWh anuales / kWp

Prima económica

(€)

CO2 (Tm)*

SOX (kg)*

Lucernario 21.250,57 1.287,91 8.946,49 22,36 62,65

Fachada Sureste 26.303,49 738,86 11.073,77 27,68 77,55

Fachada Suroeste 14.384,19 749,18 6.055,74 15,13 42,40 Muro Cortina Sureste 4.167,18 738,86 1.754,38 4,38 12,28 Muro Cortina Suroeste 4.225,36 749,18 1.778,88 4,45 12,46 Parasol Sureste 1.644,46 1.096,31 692,32 1,73 4,85 Total 71.975,25 30.301,58 75,73 212,19 (*) Cantidades que se dejan de emitir a la atmósfera.

CONCLUSIONES. Con este proyecto se demostró la utilidad de diferentes soluciones arquitectónicas relacionadas con la generación solar, fotovoltaica y térmica. Las soluciones adoptadas son monitorizadas, se estudian sus resultados para su futuro desarrollo y contribuyen a las investigaciones en I+D de Isofoton. Se cuantifica el comportamiento de los diferentes captadores solares, se comprueba sus rendimientos, su energía generada, y los beneficios climáticos aportados al edificio. Las diversas posibilidades de conexión, diversas orientaciones, diferentes tipos de paneles fotovoltaicos, inversores y captadores convierten el edificio en un verdadero laboratorio de investigaciones de campo “in situ”. Dentro del ámbito arquitectónico ya se han determinado interesantes conclusiones tales como:

• El aprovechamiento de superficies destinadas a otros materiales para la incorporación de paneles fotovoltaicos para la producción de electricidad (ventanas, paneles de fachada o fachadas completas)

• El doble ahorro: en materiales exteriores y de revestimiento del edificio y a su vez en la estructuras de soporte habituales en las instalaciones solares.

• La reducción de las pérdidas por transporte de la energía eléctrica, ya que la misma se produce en el sitio del consumo (generación distribuida), principal ventaja de la energía solar dentro del espectro de las energías renovables.

• La reducción de la luminosidad o el soleamiento interior del edificio a los niveles óptimos. El excedente de energía lumínica no se rechaza, mediante parasoles o materiales reflejantes, sino que es captada para la producción eléctrica.

• La cámara ventilada de la fachada, al mismo tiempo de mejorar las condiciones de aislamiento térmico, constituye una barrera eficaz para proteger a los usuarios y a la instalación eléctrica del campo de paneles: cajas de conexión, cableados, superficie posterior de la células.

• Las diferentes posibilidades de distribución y densidad de células en los colectores permiten satisfacer necesidades de iluminación natural y captación fotovoltaica, ubicando las zonas de mayor densidad en sectores de antepechos y dinteles, para constituir verdaderos parasoles verticales sin reducir la visibilidad. De esta manera se regula la luminosidad del interior sin recurrir al uso de cristales espejados o tintados.

• La posibilidad concreta de complementar los sistemas de generación de energía con aquellos otros de ahorro, propios del bioclimatismo.

REFERENCIAS ABSTRACT

Keywords: